Введение 5
1 Теоретическая часть 7
1.1 Фильтрация изображения 7
1.2 Сегментация изображения 26
1.3 Расчёт параметров клеток 32
2 Практическая часть 39
2.1 Форма фильтрации 40
2.2 Ядро расчёта параметров клеток 41
2.3 Форма расчёта параметров клеток 44
Заключение 49
Список использованных источников 50
Бакалаврская работа посвящена разработке программного обеспечения в области автоматизации процесса расчёта параметров клеток дерева на основе анализа фотографий микроскопа.
Изучением клеток дерева занимается дендрохронология. Дендрохронология - научная дисциплина о методах датирования событий прошлого, природных явлений и изменений климатического состояния экосистемы опирающаяся на исследованиях годичных колец древесины.
По размеру годичных колец можно определить какие воздействия оказывались, как на древесное растение, так и на саму экосистему, будь то тепловое, радиационное, механическое или какое-либо другое воздействие.
Фактически любое внешнее воздействие на дерево приводит к изменению ширины годичного кольца.
Ухудшение условий роста приводит к уменьшению ширины годичного кольца. Наличие общих факторов, которые имеют воздействие на деревья, растущие на одном участке, вызывает синхронное изменение у биологических параметров, что позволяет получать усреднённые для данного участка хронологии ширины годичного кольца с малым содержанием шумов и максимальным извлечением полезной информации.
Извлекая информацию о параметрах клеток дерева можно не только узнать о прошлом, но и спрогнозировать будущее.
Что бы более детально оценить изменения за год, производят фото среза дерева под микроскопом, а затем вручную рассчитывают параметры клеток на срезе. Рассматриваемыми параметрами являются ширина и площадь люмена клетки внутри интересующего годичного кольца, а также ширина стенок между клетками. Существующие программные средства, позволяющие проводить расчеты в автоматическом режиме, биологами как правило не используются. Это связано с различными причинами, одной из основных является качество фотоснимка, не позволяющее отделить структурные элементы друг от друга.
Актуальность данной работы заключается в реализации алгоритмов улучшения качества фотоснимков при помощи фильтрационных методов, а также в автоматизации подсчёта параметров клеток на отфильтрованных изображениях.
Цель работы посвящена созданию программного обеспечения по распознаванию структурных элементов клеток дерева в годичном кольце и расчёту их параметров.
Для осуществления поставленной цели решаются следующие задачи:
1. Изучение и реализация методов фильтрации улучшающих качество фотоснимков;
2. Изучение и выбор наилучшего метода сегментация изображения для фотоснимков клеток дерева;
3. Разработка автоматизированной системы распознавания и расчёта параметров клеток дерева на основе методов фильтрации и сегментации.
Разработан программный комплекс, позволяющий распознавать структурные элементы клетки дерева, который включает в себя методы фильтрации для улучшения качества изображения, метод сегментации Оцу для определения пороговых значений, как самый оптимальны для снимков биологических клеток хвойного дерева и модуль расчёта параметров клеток. Программный комплекс позволяет наглядно оценить степень всех измерений, просмотреть характеристики изображения по гистограмме и профилям, а также самолично корректировать результаты. При необходимости ядра программы могут быть перенесены на любую другую поддерживающую их платформу и использованы любым другим графическим интерфейсом, благодаря чему область применения разработанного программного обеспечения существенно повышается.
Созданный программный комплекс значительно повышает скорость работы биологов, упрощает запись данных и повышает точность вычислений за счёт реализованных методов фильтрации и сегментации.
